汪海天

摘要：蓄電池的性能和狀態(tài)對軌道交通行業(yè)日常運營維護工作具有重要意義，開發(fā)一種蓄電池管理系統(tǒng)對蓄電池的性能和狀態(tài)進行監(jiān)測和預測，能夠減少人工成本，提高供電系統(tǒng)的可靠度，解決維護難題，具有很高的經(jīng)濟效益和社會效益。

關鍵詞 蓄電池;電池維護;實時監(jiān)測

1背景及行業(yè)現(xiàn)狀

隨著軌道交通建設規(guī)模日益龐大，運營壓力陡增，為了保證軌道交通正常運營秩序，提升運營服務水平，需要對相關設備的安全性和可靠性提出更加嚴格的要求。軌道交通的安全可靠性一直是在其發(fā)展過程中被重點關注的問題。其中，供電系統(tǒng)的安全性與可靠性對軌道交通的整體運行發(fā)展具有重要的影響。閥控式鉛酸電池性能穩(wěn)定、自放電少、密封、經(jīng)濟等優(yōu)點而被大量應用。蓄電池作為軌道交通行業(yè)供電系統(tǒng)的重要組成部分，一旦故障影響突出，亟待建立更為有效的安全管理系統(tǒng)，對蓄電池進行全面的監(jiān)測和管理，確保供電系統(tǒng)安全可靠運行。

蓄電池監(jiān)測系統(tǒng)即是在電池放電和充電狀態(tài)下測量電池電流及端電壓變化，自動取得測試數(shù)據(jù)并及時發(fā)出警報的一套設備。平時蓄電池組接在整流設備上進行浮充（Floating Charge），保持在滿充狀態(tài)下，以備不時之需。蓄電池組自被安裝妥當，完成初充電（Initial Charge）及放電試驗再充電后，即被加入直流供電系統(tǒng)使用。

據(jù)統(tǒng)計，目前國內(nèi)軌道交通領域供電系統(tǒng)蓄電池有很大比例僅僅依賴定期的人工維護，或者僅僅配套簡單功能的BMS系統(tǒng)（電池管理系統(tǒng)）對蓄電池的一些基礎參數(shù)進行有限的監(jiān)測和記錄。極少有具備實時性能指標監(jiān)測、關鍵安全指標監(jiān)測、智能存儲、預警、跟蹤和處理的BMS安全管理系統(tǒng)。由于軌道交通領域的站點分散性，人工維護的成本非常高昂，費時費力，且效果不理想，產(chǎn)生如下問題：

1）電池問題：電池內(nèi)短路、開路、熱失控、漏液、鼓包等，導致電池組備電失效，甚至發(fā)生火災等重大安全事故。

2）BMS問題：故障率高、預警機制滯后、安全性能低，不但無法有效管理電池，甚至給運維帶來更大的運維壓力。

3）人工定期巡檢問題：定期進行人工放電測試，并使用萬用表、便攜式內(nèi)阻儀、溫度儀定期對電池電壓、內(nèi)阻和溫度進行測試，不能做到實時監(jiān)測電池狀態(tài)。

4）巡檢儀器問題：監(jiān)測電池基本性能參數(shù)，無法提供高級參數(shù)，也無法記錄數(shù)據(jù)。

由于廠商大力宣傳“免維護”電池和用戶維護麻痹，以及缺乏更為有效的管理手段等因素，導致在蓄電池的日常維護工作中，維護人員往往只能通過人工維護或通過安裝僅有基本參數(shù)監(jiān)測功能的BMS系統(tǒng)了解蓄電池的一些表象參數(shù)，而容易忽略和缺乏對蓄電池關鍵安全指標進行有效的監(jiān)測和分析。特別是對惡劣使用環(huán)境下的蓄電池和使用年限較長的蓄電池尤為重要。

針對上述問題，本文對在線蓄電池管理系統(tǒng)進行了應用研究。

2 系統(tǒng)介紹

為了良好的管理蓄電池，需要對蓄電池的運行狀態(tài)進行實時監(jiān)測，采集和記錄蓄電池的運行狀態(tài)，分析蓄電池當前性能，最后對蓄電池的未來性能和運行狀態(tài)進行一定程度的預測，以達到提醒人員及時保養(yǎng)維護的目的。據(jù)此，本文搭建了一種蓄電池安全管理平臺。

2.1系統(tǒng)結構

蓄電池安全管理平臺由前端智能傳感器、監(jiān)控主機、本地顯示和智慧平臺系統(tǒng)組成。系統(tǒng)結構拓撲圖如圖1所示，由三個部分組成：數(shù)據(jù)采集層、數(shù)據(jù)分析層、數(shù)據(jù)管理層。

2.2主要功能

本蓄電池安全管理平臺，其具有精度高，高可靠，便于使用和可視化的特點，通過圖表化顯示，趨勢數(shù)據(jù)一目了然，具有以下五種預警和監(jiān)測功能：

1）蓄電池開路故障預警

實時在線監(jiān)測蓄電池組總電壓、總電流、溫度、單體電壓、單體內(nèi)阻、單體溫度、SOC/SOH等性能參數(shù)，超限告警。智能提醒更換開路電池，防止電池內(nèi)部開路造成系統(tǒng)宕機。

2）蓄電池組熱失控智能預警

智能監(jiān)測電池組熱失控、漏液絕緣、電池開路、紋波等電池安全關鍵指標，異常時及時預警。降低熱失控風險，防止電池熱失控造成的電池發(fā)熱、鼓包乃至冒煙起火。

3）電池漏液接地監(jiān)測實時監(jiān)測

通過智能分析，能夠準確定位電池漏液或電池組絕緣失效具體位置。

4）高精度SOC/ SOH檢測

采用高精度的傳感器，精確掌握當前電池充放電性能和健康狀態(tài)。

5）AI智能大數(shù)據(jù)分析

采用智能算法整理數(shù)據(jù)和報表，輸出簡單直觀的分析結果，能夠實現(xiàn)系統(tǒng)級、車站級、線路級、城市級遠程統(tǒng)一管理。

蓄電池預警儀軟件配合蓄電池狀態(tài)檢測及故障預警儀使用，能夠實現(xiàn)包括：電池組的管理、參數(shù)設置、趨勢分析、通訊設定、時間校正等功能，用戶可以利用該軟件增加電池組，修改電池組屬性、修改報警參數(shù)、校正系統(tǒng)時間，提取當前檢測數(shù)據(jù)、提取歷史監(jiān)測數(shù)據(jù)，還可以對所有檢測參量進行時間段趨勢變化分析，生成曲線和圖標，通過曲線可以直觀分析出檢測參量在磨時間段的變化過程，通過直方圖可以看出單體電池的不一致性等;生成的曲線和圖標可以隨時打印。

檢測內(nèi)容：

1、電池組參數(shù)：組電壓、組電流、使用環(huán)境溫度

2、單電池參數(shù)：單體電池的電壓、單體電池殼溫

3、特殊參數(shù)：單體電池內(nèi)阻

除此之外，系統(tǒng)能夠智能分析、輸出合理性建議和報告，包括但不限于電池組健康狀態(tài)、可用壽命評估、風險警告以及放電合規(guī)性、充電合規(guī)性、故障處理及時性和不同品牌電池質量評比報告。

3.系統(tǒng)應用情況

本系統(tǒng)在南京地鐵軌道交通4號線線路機房進行試應用，應用狀況良好。

以車站站臺門機房內(nèi)蓄電池組的內(nèi)阻分析為例，如圖2所示為根據(jù)一段時間內(nèi)采集數(shù)據(jù)得出各組電池內(nèi)阻變化趨勢。根據(jù)該圖描述的情況，蓄電池組的內(nèi)阻一致性較差、阻值逐漸上升，系統(tǒng)建議適時更換老化電池組，防范風險。

與人工采集數(shù)據(jù)比較，采集數(shù)據(jù)更為精準、避免人為采集造成偏差，采集的數(shù)據(jù)具有很高的分析價值。系統(tǒng)根據(jù)該組數(shù)據(jù)智能分析，提醒工作人員關注電池使用年限、分析電池健康狀態(tài)，給老舊電池的更換工作提供了堅實的依據(jù)。

4 結論及展望

采用蓄電池安全管理平臺，利用網(wǎng)絡化、信息化的管理方式，一方面實時監(jiān)測蓄電池各種參數(shù)，在出現(xiàn)故障時，第一時間提醒相關人員趕赴現(xiàn)場進行處理，減少人工，增加系統(tǒng)可靠性;另一方面，記錄各項電池歷史參數(shù)，歸納整理后，可在一定程度上預測電池未來運行狀態(tài)，為更換舊電池，防范風險提供數(shù)據(jù)基礎。使用網(wǎng)絡化管理模式，有助于提升軌道交通供電系統(tǒng)的安全效益、社會效益和經(jīng)濟效益。

未來軌道交通行業(yè)的的機房維護工作將向電子化、信息化發(fā)展，向形成“動環(huán)”系統(tǒng)發(fā)展?！皠迎h(huán)”系統(tǒng)即是對分布在各機房的UPS、蓄電池、空調、配電柜等多種動力設備及門禁、紅外、窗、溫濕度等機房環(huán)境的各種技術參數(shù)進行監(jiān)控、遙控，具備實時監(jiān)測、診斷、記錄、分析等多種功能，實現(xiàn)對各機房的集中管理、集中維護工作的控制系統(tǒng)。

蓄電池智能監(jiān)測系統(tǒng)作為其中的一個子系統(tǒng)應當逐步發(fā)展，以滿足軌道交通行業(yè)的需要，保障電池安全運行。希望在不久的將來，能夠將本文所述系統(tǒng)深入開發(fā)，使其具備納入“動環(huán)”系統(tǒng)的條件，為保障軌道交通行業(yè)的運營環(huán)境做貢獻。

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